CN110953988A - 立体块及利用其对线结构光传感器精度进行评价的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体块及利用其对线结构光传感器精度进行评价的方法，该立体块包括多个高度不同的平面，各个平面相互平行且分别设有一个或两个孔，所有孔的中心均位于同一平面上。利用立体块对单线结构光传感器精度进行评价的方法，包括如下步骤：1)激光器投射单线激光，形成一个激光平面，激光平面与立体块上孔的中心所在平面重合；2)相机采集包含经立体块上孔调制后激光线条的图像，计算各孔中心的三维坐标，求取各个孔的中心间距，再将其与基准值比较获取偏差值，依据偏差值评价单线结构光传感器的精度。该方法简单、直接，可在现场环境下不依赖其他测量设备实现线结构光精度验证。

Description

立体块及利用其对线结构光传感器精度进行评价的方法

技术领域

本发明涉及工业智能制造中的自动化视觉检测领域，具体涉及一种立体块及利用其对线结构光传感器精度进行评价的方法。

背景技术

对于工业现场目标的特征尺寸检测，采用单目相机和单线结构光结合形成视觉传感器的方式，利用激光三角法测量原理，通过物体表面形貌对单线结构光的调制，可以获取被测特征的三维坐标。

线结构光传感器需要经过标定后才能使用，标定是指摄像机模型参数的标定和摄像机与激光平面位置关系的标定，通常分别称为摄像机内参数标定和传感器结构参数标定。标定方法主要有拉丝法、齿形靶标法、基于交比不变的标定方法以及共面靶标法等，但通常标定完成后，一般只能通过间接的评价方法进行验证，比如所有测点(在激光平面上)三维坐标拟合平面的平面度。现有应用场景没有简单、直接的传感器精度验证方法，更没有不依赖其他测量设备(跟踪仪、V-Stars、关节臂等)即能实现验证的方式。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种立体块及利用其对线结构光传感器精度进行评价的方法，简单、直接，可在现场环境下不依赖其他测量设备实现线结构光精度验证。

具体技术方案如下：

一种立体块，同一个平面上至少有两个孔，所述孔的形状为椭圆、圆、长条孔、矩形和多边形；所述孔的中心均位于同一平面上。

一种立体块，包括两个或多个高度不同的平面，各个平面相互平行且分别设有一个或两个孔，所述孔的形状为椭圆、圆、长条孔、矩形和多边形；所述孔的中心均位于同一平面上。

进一步，所述多个高度不同的平面呈阶梯状，逐次升高或逐次降低、或先升高再降低，或先降低再升高，或高低上呈无规律分布。

进一步，所述孔为通孔。

进一步，所述立体块的总高度小于等于待检测视觉传感器的深度测量范围。

进一步，两个或多个立体块拼合或一体成型后组合使用。

利用如上所述立体块对单线结构光传感器精度进行评价的方法，包括如下步骤：

1)激光器投射单线激光，形成一个激光平面，所述激光平面与立体块上孔的中心所在平面重合；

2)相机采集包含经立体块上孔调制后激光线条的图像，计算各孔中心的三维坐标，求取各个孔的中心间距，再将其与基准值比较获取偏差值，依据偏差值评价所述单线结构光传感器的精度。

进一步，获取基准值的方法为利用三坐标或影像仪对立体块进行标定，获取各个孔的中心间距。

利用如上所述立体块对多线结构光传感器精度进行评价的方法，包括如下步骤：

1)多个所述立体块拼合或一体成型后组合使用，激光器投射多线激光，各个激光平面分别与一个立体块上孔的中心所在平面重合；

2)相机采集包含经立体块上孔调制后激光线条的图像，计算各孔中心的三维坐标，求取预定孔的中心间距，再将其与基准值比较获取偏差值，依据偏差值评价所述多线结构光传感器的精度。

进一步，获取基准值的方法为利用三坐标或影像仪对立体块进行标定，获取各个孔的中心间距。

使用本发明提供的立体块，最少只需摆放一个位置，即可评价传感器测量范围内的距离测量精度。利用立体块对线结构光传感器精度进行评价的方法仅通过距离基准即可直接评价传感器测量精度，相较通过拟合平面度等间接评价方法得到的结果更加精准；同时不会额外引入其他误差因素，如常用的共面靶标(棋盘格或圆点平面靶等)，在测量时需要摆放多个位置和姿态，其相应位姿未知需要同时求解，计算量大。综上，本发明提供的立体块及利用该立体块进行精度评价的方法能直接评价传感器的精度、结果准确，无需引入其他设备，计算量小，方便、快捷。

附图说明

图1为实施例1所公开立体块的俯视图；

图2为实施例1所公开立体块的立体结构图；

图3为使用时激光条打在立体块圆孔上的示意图；

图4为实施例1中立体块被摄像机采图后得到的亮图效果，图中特征孔全黑，背景全白；

图5为实施例1中立体块被摄像机采图后得到的暗图效果，图中激光条为改色亮点/条，背景全黑；

图6为实施例2所公开立体块的俯视图；

图7为实施例2所公开立体块的立体结构图；

图8为实施例3所公开立体块的俯视图；

图9为实施例3所公开立体块的立体结构图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例1

一种立体块，如图1、2所示，整体呈一种阶梯块，由多个高度不同的台阶构成多个高度不同的平面，各个平面相互平行且分别设有一个或两个圆孔(可以是圆孔，也可以是椭圆、圆、长条孔、矩形或多边形孔，只要其在图片上能求取中心即可，此实施例仅以圆孔为例)，所有圆孔的圆心均位于同一平面上。阶梯至少有两级，也可以有多级。多个台阶在高度上可以逐次升高或逐次降低、或先升高再降低，或先降低再升高，或高低上呈无规律分布，只要不影响采图效果即可。优选圆孔为通孔，也可以不是通孔，只要不影响采图效果即可。各级台阶的高度，孔尺寸的大小均可随意按需设置，只要能保证采图清晰即可。

立体块的总高度小于等于待检测视觉传感器的深度测量范围。

在使用之前，先通过现有设备(如三坐标或影像仪)标定好具体立体块各个圆孔的圆心间距，再利用其进行对单线结构光传感器精度进行评价，具体包括如下步骤：

1)激光器投射单线激光，形成一个激光平面，激光平面与立体块上圆孔的圆心所在平面重合；如图3所示；

2)相机采集包含经立体块上圆孔调制后激光线条的图像，计算各圆孔圆心的三维坐标，求取各个圆孔的圆心间距，再将其与基准值比较获取偏差值，依据偏差值评价所述单线结构光传感器的精度。

该立体块还可组合使用，只要单个立体块满足所有圆孔的圆心能构成同一平面即可。使用时该平面与激光器所投射激光的激光平面重合。

当待评价设备为多线结构光传感器时，其对精度的评价方法包括如下步骤：

1)将多个立体块拼合或一体成型后组合使用，激光器投射多线激光，各个激光平面分别与一个立体块上圆孔的圆心所在平面重合；

2)相机采集包含经立体块上圆孔调制后激光线条的图像，计算各圆孔圆心的三维坐标，求取预定圆孔的圆心间距，再将其与基准值比较获取偏差值，依据偏差值评价所述多线结构光传感器的精度。

采集图像如图4、5所示，此为一组图像，可以解算立体块上各个圆孔的孔心在传感器坐标系下的三维坐标。任意两个孔组合求解距离值，即可计算测量值与基准值差值。

保持立体块与传感器不动，重复采集图像并计算20次，统计任意两个孔距离测量值的最大、最小、均值及标准差，同时计算与基准值比较的最大误差值。选取绝对值最大的“最大误差值”作为测量误差来评价单线结构光传感器的测量精度。采用如图1所示立体块，从左到右孔的编号分别是1#～6#，共有15组孔间距，具体测量结果如下表所示，最终传感器的测量误差是0.0432mm。

实施例2

一种立体块，如图6、7所示，整体呈一种阶梯块，由多个高度不同的台阶构成多个高度不同的平面，各个平面相互平行且分别设有一个或两个圆孔(可以是圆孔，也可以是椭圆、圆、长条孔、矩形或多边形孔，只要其在图片上能求取中心即可，此实施例仅以圆孔为例)，所有圆孔的圆心均位于同一平面上。台阶高度呈逐次降低再逐次升高。图中仅呈现的一种状态，实际上台阶数量只要超过两级，高度排列是呈无规律分布，还是仅逐次升高、逐次降低，或者先升高再降低，或者先降低再升高都可以，不影响使用。立体块的总高度小于等于待检测视觉传感器的深度测量范围。优选圆孔为通孔，也可以不是通孔，只要不影响采图效果即可。各级台阶的高度，孔尺寸的大小均可随意按需设置，只要能保证采图清晰即可。

利用该立体块对线结构光传感器精度进行评价的方法同实施例1，此处不再赘述。

实施例3

一种立体块，如图8、7所示，整体上包含两组阶梯块，单组阶梯块分别由多个高度不同的台阶构成多个高度不同的平面，各个平面相互平行且分别设有一个或两个圆孔(可以是圆孔，也可以是椭圆、圆、长条孔、矩形或多边形孔，只要其在图片上能求取中心即可，此实施例仅以圆孔为例)，所有圆孔的圆心均位于同一平面上。图上是一组台阶呈先降低再升高，另外一组台阶呈先升高再降低的状态。各级台阶的高度，孔尺寸的大小均可随意按需设置，只要能保证采图清晰即可。

虽然该立体块包含两组台阶结构，但实际上在使用过程中是单组使用，单组使用的方法同实施例1，此处不再赘述。

实施例4

一种立体块，一个平面上设有三个矩形孔，三个孔的中心位于同一平面上。此外孔的数量不一定为三个，只要数量多于两个就可以；孔的形状可以是圆孔，也可以是椭圆、长条孔或多边形孔，只要其在图片上能求取中心即可。

利用该立体块对线结构光传感器精度进行评价的方法同实施例1，此处不再赘述。

实施例5

一种立体块，整体呈一种阶梯块，由多个高度不同的台阶构成多个高度不同的平面，各个平面相互平行且分别设有一个或两个六边形孔(还可以是椭圆、圆、长条孔、矩形或多边形孔，只要其在图片上能求取中心即可)，所有六边形孔的中心均位于同一平面上。台阶高度呈逐次降低再逐次升高。实际上台阶数量只要超过两级，高度排列是呈无规律分布，还是仅逐次升高、逐次降低，或者先升高再降低，或者先降低再升高都可以，不影响使用。立体块的总高度小于等于待检测视觉传感器的深度测量范围。优选六边形孔为通孔，也可以不是通孔，只要不影响采图效果即可。各级台阶的高度，孔尺寸的大小均可随意按需设置，只要能保证采图清晰即可。

利用该立体块对线结构光传感器精度进行评价的方法同实施例1，此处不再赘述。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种立体块，其特征在于：同一个平面上至少有两个孔，所述孔的形状为椭圆、圆、长条孔、矩形和多边形；所述孔的中心均位于同一平面上。

2.一种立体块，其特征在于：包括两个或多个高度不同的平面，各个平面相互平行且分别设有一个或两个孔，所述孔的形状为椭圆、圆、长条孔、矩形和多边形；所述孔的中心均位于同一平面上。

3.如权利要求2所述立体块，其特征在于：所述多个高度不同的平面呈阶梯状，逐次升高或逐次降低、或先升高再降低，或先降低再升高，或高低上呈无规律分布。

4.如权利要求1或2所述立体块，其特征在于：所述孔为通孔。

5.如权利要求1或2所述立体块，其特征在于：所述立体块的总高度小于等于待检测视觉传感器的深度测量范围。

6.如权利要求1或2所述立体块的使用方法，其特征在于：两个或多个立体块拼合或一体成型后组合使用。

7.利用如权利要求1或2所述立体块对单线结构光传感器精度进行评价的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)激光器投射单线激光，形成一个激光平面，所述激光平面与立体块上孔的中心所在平面重合；

2)相机采集包含经立体块上孔调制后激光线条的图像，计算各孔中心的三维坐标，求取各个孔的中心间距，再将其与基准值比较获取偏差值，依据偏差值评价所述单线结构光传感器的精度。

8.如权利要求7所述方法，其特征在于：获取基准值的方法为利用三坐标或影像仪对立体块进行标定，获取各个孔的中心间距。

9.利用如权利要求1或2所述立体块对多线结构光传感器精度进行评价的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)多个所述立体块拼合或一体成型后组合使用，激光器投射多线激光，各个激光平面分别与一个立体块上孔的中心所在平面重合；

2)相机采集包含经立体块上孔调制后激光线条的图像，计算各孔中心的三维坐标，求取预定孔的中心间距，再将其与基准值比较获取偏差值，依据偏差值评价所述多线结构光传感器的精度。

10.如权利要求9所述方法，其特征在于：获取基准值的方法为利用三坐标或影像仪对立体块进行标定，获取各个孔的中心间距。

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